光纖復(fù)合低壓電纜幾個問題的探討

周禮文

(江蘇宏圖高科技股份有限公司，江蘇無錫214092)

0 引言

光纖復(fù)合低壓電纜(Optical fiber composite lowvoltage cable，簡稱OPLC)，是一種將光單元復(fù)合在低壓電力電纜內(nèi)具有電力傳輸和光通信傳輸能力的電纜，主要適用于額定電壓0.6/1 kV及以下電壓等級。

雖然我國擁有了世界最大的電力光纖通信網(wǎng)絡(luò)，但是從總體來看，整體網(wǎng)絡(luò)布局呈現(xiàn)出“骨干網(wǎng)強(qiáng)、接入網(wǎng)弱”、“高端強(qiáng)、低端弱”的態(tài)勢。據(jù)了解，我國電力網(wǎng)中，110 kV及以上骨干網(wǎng)基本實(shí)現(xiàn)100%光纖化，而35 kV及10 kV中壓配電網(wǎng)僅50%光纖化，特別是電網(wǎng)“最后一公里”的380 V及220 V用戶接入網(wǎng)光纖化率極低，光纖接入只有占0.14%。電網(wǎng)“最后一公里”用戶接入網(wǎng)光纖工程其實(shí)就是通常所說的電力光纖到戶。電力光纖到戶是指在低壓通信接入網(wǎng)中采用光纖復(fù)合低壓電纜，將光纖隨低壓電力線敷設(shè)，實(shí)現(xiàn)到表到戶，配合無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，承載用電信息采集、智能用電雙向交互、“三網(wǎng)融合”等業(yè)務(wù)。通俗地說，電力光纖到戶就是將一根光纖與接入家中的普通低壓線結(jié)合在一起接入用戶家中。未來通過這條光纖可將家里的電力信息、用水、用煤氣等信息進(jìn)行收集，可以省去很多人工抄表的流程。目前興建智能電網(wǎng)的一般都是新建小區(qū)，未來將會在其他舊城區(qū)推廣應(yīng)用。由于光纖的傳輸信道最寬，這條光纖完全可與目前政府計(jì)劃試點(diǎn)的“三網(wǎng)融合”戰(zhàn)略相融，降低“三網(wǎng)融合”的實(shí)施成本。

為了全面加強(qiáng)智能電網(wǎng)的建設(shè)，推動最后一公里的電網(wǎng)智能化建設(shè)。2010年，在國家電網(wǎng)公司的組織下，光纖復(fù)合低壓電纜已在國內(nèi)多個試點(diǎn)城市進(jìn)行電力光纖到戶試點(diǎn)建設(shè)。到2011年，智能電網(wǎng)的電力光纖到戶(PFTTH)試點(diǎn)結(jié)束之后，電網(wǎng)企業(yè)將逐步推廣使用，除了新建住宅之外，加上部分原有小區(qū)的改造，預(yù)計(jì)到2015年，需求量將超過20萬km，光纖復(fù)合低壓電纜的推廣應(yīng)用前景看好。

該產(chǎn)品正處于邊研制邊試用的階段，無正式審批公布的國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，許多方面還不成熟，需要摸索總結(jié)提高。本文針對產(chǎn)品選型、制造、檢驗(yàn)、安裝等方面應(yīng)注意的一些問題進(jìn)行探討，并提出一些看法和應(yīng)對解決措施。

1 產(chǎn)品的選型

光纖復(fù)合低壓電纜結(jié)構(gòu)包含兩大部分，一是低壓電力電纜，二是光單元。低壓電力電纜結(jié)構(gòu)和性能要求應(yīng)符合GB/T 12706.1標(biāo)準(zhǔn)中相應(yīng)的規(guī)定。光單元由光纖保護(hù)套管、阻水結(jié)構(gòu)、加強(qiáng)元件、護(hù)套等四個結(jié)構(gòu)單元組成，其實(shí)質(zhì)就是一根微型非金屬光纜，光單元典型結(jié)構(gòu)如圖1所示。光纖復(fù)合低壓電纜實(shí)質(zhì)就是將一根微型非金屬光纜嵌入到低壓電力電纜纜芯間隙中組合成纜，復(fù)合纜既具有低壓電力電纜的性能又具有通信光纜的性能，復(fù)合纜的選型主要根據(jù)不同使用場合考慮。

圖1 光單元的典型結(jié)構(gòu)示意圖

目前，光纖復(fù)合低壓電纜產(chǎn)品根據(jù)使用場合分主要有三種:

第一種從智能小區(qū)或辦公樓區(qū)域的變電箱連接到各住宅樓或辦公樓的配電房區(qū)域，是每一幢住宅樓或辦公樓的主線路，要滿足整幢住宅樓或辦公樓供電和通信要求。電纜的載流量和光纖通信容量較大，電纜規(guī)格截面較大，光單元中光纖芯數(shù)也較多。該種結(jié)構(gòu)復(fù)合纜規(guī)格大，一般都是采用室外直埋或管道敷設(shè)。在選用導(dǎo)體規(guī)格時，要充分考慮電纜在最大工作電流下，纜芯的最高溫度不超過70℃，該溫度為光單元正常運(yùn)行的最高溫度，絕緣材料最好采用絕緣性能好的交聯(lián)聚乙烯，護(hù)套材料要考慮電纜具有良好阻水性能，最好采用防水性較好的聚乙烯護(hù)套料，電纜最好有鎧裝外護(hù)層?？紤]到電纜規(guī)格大，施工過程中電纜要承受較大的拉力，光單元中光纖芯數(shù)多，光單元的結(jié)構(gòu)選用GT1或G1結(jié)構(gòu)較合適，光單元加強(qiáng)件采用外置芳綸紗加強(qiáng)，護(hù)套采用聚乙烯。這種結(jié)構(gòu)的光單元光纖芯數(shù)大，且具有良好的抗拉性能。

第二種是從每一幢住宅樓或辦公樓配電房到各個單元的配電柜區(qū)域，該區(qū)域使用的復(fù)合電纜相對第一種規(guī)格要小很多，但產(chǎn)品需要具有一定的阻燃性能。低壓電纜導(dǎo)體的選用要綜合考慮設(shè)計(jì)最大工作電流時，電纜纜芯最高工作溫度不超過70℃;絕緣采用交聯(lián)聚乙烯，纜芯填充應(yīng)采用阻燃聚烯烴或玻璃絲帶填充，護(hù)套采用阻燃聚烯烴護(hù)套;選擇光單元結(jié)構(gòu)時，考慮到電纜規(guī)格相對較少和光纖芯較小，可選用G2或GT2結(jié)構(gòu)，光單元的加強(qiáng)件可采用玻璃絲帶或玻璃絲帶和芳綸的組合;護(hù)套采用阻燃聚烯烴護(hù)套料。

第三種是從配電柜到每一個用戶的控制盒之間使用，因?yàn)樵跇嵌春褪覂?nèi)使用，復(fù)合纜的選型重點(diǎn)考慮產(chǎn)品具有良好的彎曲性能和阻燃環(huán)保性能。低壓電纜導(dǎo)體的選用除了考慮載流量的要求外，還要考慮導(dǎo)體的柔軟性，最好采用5類導(dǎo)體結(jié)構(gòu);絕緣采用交聯(lián)聚乙烯，纜芯填充應(yīng)采用無機(jī)紙繩填充，護(hù)套采用低煙無鹵聚烯烴護(hù)套;選擇光單元結(jié)構(gòu)時，考慮到電纜規(guī)格相對較少和光纖芯較小，可選用G2、GT2、G3結(jié)構(gòu)，光單元的加強(qiáng)件可采用玻璃絲帶;護(hù)套采用低煙無鹵聚烯烴護(hù)套料，光纖宜選用彎曲不敏感的單模光纖G657A，也可以采用G652等單模光纖。

總之，在復(fù)合纜選型時，對于導(dǎo)體規(guī)格選擇要慎重，一定要確保電纜在最大工作電流下正常運(yùn)行時，復(fù)合纜纜芯工作溫度不超過70℃，以保證光單元能正常使用。對于加強(qiáng)元件的選用，既要考慮光單元能承受一定拉力，在后續(xù)生產(chǎn)過程中不被拉長，也要考慮成本。另外產(chǎn)品材料選擇上，要考慮光單元和低壓電纜所用材料滿足產(chǎn)品在一些特定場合下使用的特殊要求，如阻燃、低煙無鹵等。

2 關(guān)鍵制造工藝及注意事項(xiàng)

雖然低壓電力電纜生產(chǎn)工藝已經(jīng)很成熟，但光纖復(fù)合低壓電纜因?yàn)楣鈫卧膹?fù)合，產(chǎn)品生產(chǎn)過程中要充分考慮對光單元的控制和保護(hù)，以保證產(chǎn)品電性能和光學(xué)性能滿足要求，產(chǎn)品光學(xué)性能好壞除了跟光單元自身質(zhì)量有關(guān)外，還和后續(xù)各道工序生產(chǎn)時對光單元的保護(hù)密切相關(guān)，尤其是成纜工序，所以生產(chǎn)光纖復(fù)合低壓電纜的制造工藝重點(diǎn)是光單元擠塑和復(fù)合成纜，另外考慮到產(chǎn)品各道工序檢測、開盤測試、終端接續(xù)的處理需要一定量產(chǎn)品消耗，產(chǎn)品生產(chǎn)過程中光單元的生產(chǎn)配長的預(yù)留也是一個重點(diǎn)考慮的問題。

2.1 光單元擠塑工藝

光單元護(hù)套擠塑同光纖單元外置加強(qiáng)元件同步完成，外置加強(qiáng)元件為縱包非金屬FRP帶或絞合纏繞芳綸紗、聚酯扎紗、阻水紗、玻璃紗等方式，護(hù)套一般為普通聚烯烴、阻燃聚烯烴或低煙無鹵聚烯烴材料。光單元護(hù)套擠塑和同步外置加強(qiáng)元件時主要是解決光纖余長問題，要控制好光單元擠塑時的收縮，尤其是中心管式光單元結(jié)構(gòu)型式。因光纖松套管結(jié)構(gòu)小，擠塑后光單元外徑也小，承受拉力小，在生產(chǎn)過程中如果光纖單元的放線張力、加強(qiáng)件縱包或纏繞工藝、模具選用、擠塑后冷卻等工藝控制不好很容易將光纖松套管拉長，造成光單元中的余長損失掉;又因光單元護(hù)套一般都采用聚烯烴材料，擠塑冷卻時收縮比較大，在收縮過程中帶動松套管后移造成松套管成蛇形，此時，光單元中松套管的長度要比光單元長一些，這樣單位長度光單元中光纖的長度比光單元也長一些。如果在光單元余長控制測試中，不扣除因光單元彎曲對余長的影響，很容易造成成品時因?yàn)橛嚅L不夠?qū)е庐a(chǎn)品拉伸性能不合格。

表1為 OPLC-YJV-0.6/1 kV 3×25+GT2-12B1的光單元護(hù)套擠塑時兩種不同生產(chǎn)工藝測試余長情況，光單元規(guī)格為3.0/2.0-12B1。

表1 光單元護(hù)套擠塑時兩種不同生產(chǎn)工藝光纖余長對比

從表1可以看出，1#樣品光單元在擠塑過程中控制比較正常，擠塑后松套管中光纖余長未損失掉，而2#樣品光單元在擠塑過程中因控制不當(dāng)，擠塑后松套管中的光纖余長變小很多，假如用于后道工序的生產(chǎn)，其成品拉伸性能肯定不能滿足要求。

2.2 復(fù)合成纜工藝

光纖復(fù)合低壓電纜成纜是在低壓電力電纜成纜的基礎(chǔ)上，將光單元隨絕緣線芯、填充條一起絞合成纜，成纜工藝重點(diǎn)是控制好光單元位置、控制好光單元放線張力、避免光單元在成纜過程中受擠、受壓、受拉。

為了減小復(fù)合纜正常運(yùn)行時電纜升溫后對光單元的影響，盡量將光單元置于電纜纜芯靠近繞包帶的間隙中，離主線芯導(dǎo)體的距離越遠(yuǎn)越好，光單元周圍的間隙中應(yīng)充分填充合適的填充材料以保證光單元位置固定和電纜纜芯圓整。

光單元放線張力應(yīng)保持恒定且越小越好，以減小成纜過程中對光單元余長的影響。光纖復(fù)合低壓電纜成纜都是在常規(guī)電力電纜成纜用籠絞或盤絞機(jī)上進(jìn)行，放線架上一般無主動放線裝置，都是采用被動放線裝置。為了減小光單元的放線張力，要減輕光單元周轉(zhuǎn)盤重量，最好采用塑料盤具，盤具應(yīng)光滑圓整，放線架頂針要靈活，放線阻力要小，光單元排線整齊則有利于放線，在光單元護(hù)套擠出時注意生產(chǎn)長度的配制，避免在成纜前對光單元進(jìn)行復(fù)繞處理，造成光單元余長的損失。在大批量生產(chǎn)時，最好對成纜機(jī)上光單元的放線張力裝置進(jìn)行改進(jìn)，將被動放線改為主動放線。

光單元的抗拉和抗側(cè)壓的強(qiáng)度相對于電纜的絕緣線芯要脆弱很多。在生產(chǎn)過程中各絕緣線芯張力不均勻、填充不充分、電纜纜芯結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，則很容易造成絕緣線芯對光單元的擠壓，造成光單元變形受損，發(fā)生光纖損耗變大或斷纖等情況。

2.3 光單元生產(chǎn)配長預(yù)留量

光纖復(fù)合低壓電纜因?yàn)槔|的復(fù)合性結(jié)構(gòu)，其性能相對單一電纜和光纜而言要求更多，更應(yīng)加強(qiáng)在生產(chǎn)過程中每道工序的質(zhì)量檢驗(yàn)。每檢測一次就要消耗一定量的長度，尤其是隨著光單元的加入，長度消耗相對單一傳統(tǒng)電纜會更多。按照每一次檢測消耗1 m計(jì)算，一盤復(fù)合纜到成品的整個生產(chǎn)過程需要消耗產(chǎn)品長度3～4 m，再考慮產(chǎn)品交付后開盤測試和產(chǎn)品接續(xù)時光單元的預(yù)留長度，總長度將達(dá)到10 m左右。按照每盤平均長度300 m計(jì)算，總消耗將達(dá)到3%，這樣大大增加了產(chǎn)品制造成本，降低了光纖復(fù)合低壓電纜的成本優(yōu)勢。

但這主要是為了對光單元進(jìn)行檢測和產(chǎn)品接續(xù)時所消耗的光單元長度，電力電纜部分檢測和產(chǎn)品接續(xù)時所消耗的長度要少得多。假如在產(chǎn)品制造過程中提前預(yù)留光單元長度，每盤產(chǎn)品兩端各預(yù)留幾米，這樣就大大降低了產(chǎn)品成本，因?yàn)楣鈫卧杀鞠鄬τ陔娏﹄娎|部分來說要低得多，但在產(chǎn)品生產(chǎn)中要注意端部光單元的保護(hù)，避免預(yù)留光單元受損而失去預(yù)留目的。

3 產(chǎn)品的拉伸試驗(yàn)

光纖復(fù)合低壓電纜在制造和安裝過程中都要承受一定拉力。為了驗(yàn)證產(chǎn)品在正常制造和安裝過程中光單元的受力狀態(tài)，進(jìn)行產(chǎn)品的拉伸試驗(yàn)是一項(xiàng)最好的驗(yàn)證手段。在標(biāo)準(zhǔn)草案中對該項(xiàng)試驗(yàn)也有具體要求，但只對25 mm2及以下規(guī)格做該項(xiàng)試驗(yàn)，其試驗(yàn)方法是按照GB/T 7424—2008中方法E1“拉伸性能”進(jìn)行。拉伸負(fù)荷初定:短暫拉伸力為140 MPa×S銅截面積，長期拉伸力為100 m纜自重。對于拉伸負(fù)荷定為多大較為合適和大規(guī)格產(chǎn)品需不需要做該項(xiàng)試驗(yàn)一直是討論的焦點(diǎn)。

光纖復(fù)合低壓電纜敷設(shè)方法基本上是參照低壓電力電纜敷設(shè)方法進(jìn)行。為了避免產(chǎn)品在施工中受損，現(xiàn)在一般都采用機(jī)械牽引方法放纜。對于牽引力大小在GB 50168—2006《電氣裝置安裝工程電纜線路施工及規(guī)范》中5.1.10條有明確規(guī)定，最大牽引強(qiáng)度銅芯導(dǎo)體電纜不大于70 MPa，鋁芯導(dǎo)體電纜應(yīng)不大于40 MPa，換算到牽引力，銅芯導(dǎo)體電纜為70 MPa × S銅截面積，鋁芯導(dǎo)體電 纜為 40 MPa ×S鋁截面積，拉伸試驗(yàn)拉伸負(fù)荷應(yīng)充分考慮到上述要求，短暫拉伸力定為140 MPa×S銅截面積還是比較合適。對于長期拉伸力為100 m纜的自重，因?yàn)橐话闶┕し爬|單位長度不可能只有100 m，應(yīng)該適當(dāng)加長。

大規(guī)格產(chǎn)品一般都是主干線，產(chǎn)品投入運(yùn)行后出現(xiàn)問題影響更大，而且在施工放纜中對纜施加的拉力更大，更加考驗(yàn)產(chǎn)品性能，更應(yīng)該加強(qiáng)產(chǎn)品拉伸性能等各個性能的檢測，所以建議在標(biāo)準(zhǔn)中增加對大規(guī)格產(chǎn)品拉伸性能的要求。在制定標(biāo)準(zhǔn)草案時，可能考慮到大規(guī)格產(chǎn)品做該項(xiàng)試驗(yàn)時，產(chǎn)品承受拉力大，拉伸時產(chǎn)品的兩端采用什么方法，采用怎樣的拉力機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)都需要研究，且國內(nèi)具有該項(xiàng)試驗(yàn)條件的廠家不多。

4 產(chǎn)品的安裝

產(chǎn)品安裝質(zhì)量的好壞直接影響到產(chǎn)品的正常運(yùn)行，在產(chǎn)品安裝時應(yīng)考慮以下幾個方面:

(1)產(chǎn)品安裝方法應(yīng)參照GB 50168—2006的規(guī)定，產(chǎn)品在放纜過程中應(yīng)避免打扭、彎折，受過大的拉力和壓力。為了以后維護(hù)方便，建議采用橋架敷設(shè)方式。

(2)該產(chǎn)品因?yàn)楣鈫卧拇嬖冢惭b好投入運(yùn)行后，如出現(xiàn)電纜故障維護(hù)起來有一定難度，建議在施工線路上預(yù)留一定量電纜，作為故障處理時需要中間接續(xù)所用長度。

(3)施工完后要有明確警示標(biāo)志，避免其它工程施工時將纜損壞。

(4)產(chǎn)品放纜前后，應(yīng)做好產(chǎn)品的光性能和電性能的常規(guī)檢測，產(chǎn)品投入運(yùn)行前應(yīng)做好最大工作電流的通電試驗(yàn)運(yùn)行檢測，投入運(yùn)行后定期做產(chǎn)品的光性能常規(guī)檢測，以保證產(chǎn)品能正常運(yùn)行。

5 結(jié)束語

光纖復(fù)合低壓電纜是電力部門2010年來努力推廣應(yīng)用的一個新產(chǎn)品，各個生產(chǎn)廠家都在積極配合該產(chǎn)品的推廣，但該產(chǎn)品離大批量生產(chǎn)應(yīng)用階段還有一個過程，仍有許多問題有待改進(jìn)，需要制造廠家和使用單位共同努力。

［1］GB/T XXXX—201X 光纖復(fù)合低壓絕緣電纜(標(biāo)準(zhǔn)草案)［S］.

［2］GB/T 12706.1—2008 額定電壓1 kV(Um=1.2 kV)到35 kV(Um=40.5 kV)擠包絕緣電力電纜及附件［S］.

［3］GB/T 7424—2008 光纜總規(guī)范［S］.

［4］GB 50168—2006 電氣裝置安裝工程 電纜線路施工及驗(yàn)收規(guī)范［S］.

［5］陸春校，徐 眉，魏學(xué)志，等.光纖復(fù)合低壓電纜市場前景展望與工藝結(jié)構(gòu)探討［N］.電線電纜報(bào)，總第1045期.